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일반철도 기존시설물
내진성능평가 및 보강 추진 현황
2006. 8
한국철도시설공단
목차
철도 시설물 현황
- 시설물 현황
- 철도 기존 내진설계 적용 현황
- 내진설계 미반영 시설 현황
철도시설물의 지진피해 양상
철도시설물의 내진성능평가 현황
철도시설물의 내진보강 현황
1. 철도 시설물 현황
시설물 현황
고속철도
구
분
일
반
철
도
계
1종
계
1종
2종
기타
개소
2,691
105
2,586
74
314
2,198
연장(km)
283.5
89.7
193.8
75.3
65.4
53.1
개소
575
53
522
54
25
443
연장(km)
254.3
78
276.3
156.5
6.9
113
동수
2,345
116
2,229
면적(㎡)
666,272
81,872
584,400
교 량
터 널
건축물
(시설)
1. 철도 시설물 현황
철도 내진설계 적용 현황
기존 구조물 내진설계 적용
- 열차 운행에 따른 진동을 고려하여
일반구조물보다 설계기준강도 상향 적용
- ’96(’95 고베지진 이후) 부터 내진설계 기준 적용
: 고속철도설계기준, 도로교설계기준, 건교부설계기준 준용
기존역사 및 건물 내진설계 적용
- ’88년도부터 내진설계적용 (6층 이상, 연면적 1만㎡ 이상의 건물대상)
건축법 제 38조의 규정에 의거 설계시 내진 고려
지진발생시 열차 안전운행
- 운전취급규정, 고속철도운전취급규정, 운전취급 안전지침에 의거
- 지진 발생 시 열차운행 제한
1. 철도 시설물 현황 <내진설계 미반영 시설물 대책 현황>
교량
터널
내진평가 중
112
(3% )
내진평가 중
503
(22% )
내진보강 중
118
(5% )
건축물
내진평가 중
149
(31% )
내진보강 제외
1,655
(73% )
내진보강 제외
288
(60% )
내진보강 제외
4,814
(97% )
내진보강 중
44
(9% )
 내진보강제외 : 2층 이하 건축물, 현재 진행 또는 계획 중인 철도건설사업 및 개량예정 구간, 단경간 교량
2. 철도 시설물의 지진 피해 양상
일본 효고현 고베 지진피해 ('95. 1. 17. 05:46)
교각 파괴
(b) 주철근 국부좌굴에 의한 파괴
주철근 국부 좌굴에 의한 파괴
전단 균열
2. 철도 시설물의 지진 피해 양상
일본 효고현 고베 지진피해 ('95. 1. 17. 05:46)
받침 파괴
고정단 받침부 손상
(받침부 용량 초과 지진하중 발생시)
가동단 받침부 손상
(거더의 과다한 이동 시)
2. 철도 시설물의 지진 피해 양상
일본 효고현 고베 지진피해 ('95. 1. 17. 05:46)
상부 구조 파괴
거더 슬래브 손상
(과다한 수평 하중에 의해 거더가 서로 충돌)
2. 철도 시설물의 지진 피해 양상
인도 지진 피해 (‘01)
상부 구조 파괴
조적식 교량의 파손
※ 지진으로 인한 낙교 피해
대만 지진 피해 (‘99)
낙 교
연단거리 부족으로 낙교 (도로교)
2. 철도 시설물의 지진 피해 양상
일본 효고현 고베 지진피해 ('95. 1. 17. 05:46)
궤도 뒤틀림
일본 효고현 고베 지진피해 ('95. 1. 17. 05:46)
열차 탈선
3. 철도시설물의 내진 성능 평가 현황
과업기간 : 2001. 3. 7 ~ 2002. 4. 20
제1단계
제2단계
조적식
구조물
◦ 과업기간 : 2001. 3. 7 ～ 2002. 4. 20
발주기관
: 철도청
◦ 발주기관
: 철도청
◦ 용 역 사 : 한국철도기술연구원
시행기관
: 한국철도기술연구원
◦ 소요예산
: 450백만원
◦ 과업대상 : 조적식 교량 118개소, 터널 44개소
소요예산 : 450백만원
과업대상 : 교량 118개소, 터널 44개소
과업의 효율성을 위하여
예비평가와 상세평가로 단계적 실시
콘크리트
구조물
비
예예 비
상
평
평 가가
기간: ‘05.09.29 ~ 12.31
시
행
기 간 :
:
한국시설안전기술공단
세
평
‘06.07.18
’07.12.31
시행: 한국철도기술연구원
규모: 195백만원
규모: 1,600백만원
대상: 교량 503개소,
대상: 교량
286개소
터널 149개소,
터널
40개소
건축물 112개소
건축물 82개소
상세평가 필요개소 선정
가
~
3. 철도시설물의 내진 성능 평가 현황 <조적식 구조물>
조적식 구조의 파괴 양상
석재와 석재 연결 모르타르부에서
응력집중현상으로
인장 또는 전단에 의한 취성파괴
START
재료 및 단면 특성 입력
벽돌 및 줄눈 모르타르의
강도(물성치시험) 입력
전용 해석프로그램
개 발
내진 안정성 해석 방법
공급내진역량/소요내진역량 비
균열유발 지진하중 크기
설계기준 상 지진 하중 크기
다층 조적식 구조물의 물성치 계산
내
진
해
석
석재와 모르타르의 응력으로 치환 분리
평균응력, 축차 응력 계산
파괴발생여부 판별
END
3. 철도시설물의 내진 성능 평가 현황 <조적식 구조물-비선형정밀해석>
비 선 형
시간이력 해석
선형탄성해석의 한계 극복, 탄성범위 이상의 거동 유추
경로분석
균열
하중 증가상태 파악
붕괴
붕괴유발하중 산정
앞쪽 하단부
소성변형상태
앞쪽 줄눈모르타르에서
가정먼저 균열 발생
보수보강 한계기준 설정 :
<연직방향 응력 분포도>
<줄눈 모르타르의 등가소성 변형도>
최외측 줄눈 모르타르 균열 시
3. 철도시설물의 내진 성능 평가 현황<조적식 구조물>
터널 갱구부 내진 성능 평가
내진보
강
사면 내진 성능 평가
여부결
정
기초지반 액상화 평가
3. 철도시설물의 내진 성능 평가 현황 <콘크리트 구조물>
예비평가
지진도, 취약도, 영향도 고려 ▶내진그룹화 및 우선순위 결정
<공급내진역량/소요내진역량 비> 안전성 분석
A등급
내진보강 핵심교량
B등급
내진보강 중요교량
C등급
내진보강 관찰교량
D등급
내진보강 유보교량
3. 철도시설물의 내진 성능 평가 현황 <콘크리트 구조물>
예비평가결과
내진 A, B등급 선정 ▶상세평가 대상 결정
교량
상세평가
불필요
217
43%
건축물
터널
상세평가
필요
40
27%
상세평가
필요
286
57%
상세평가
불필요
109
73%
상세평가
불필요
30
27%
상세평가
필요
82
73%
3. 철도시설물의 내진 성능 평가 현황 <콘크리트 구조물>
상세평가
교 량 평 가
 대 상 (56.9%)
내진 A, B등급 선정 ▶상세평가 대상 결정
교량 내진상세평가
지진파 작성
비선형 모델 개발
: 교량 286/503개소
(핵심 81, 중요 205)
 재료(콘크리트 및
보강철근)의 비선형
거동 고려
 비선형 해석모델
개발, 해석
비선형 시간이력해석 수행
취약부 평가
▪ 교량받침 손상여부
▪ 교각하부 손상여부
▪ 낙교발생 여부
내진보강 여부 결정
3. 철도시설물의 내진 성능 평가 현황 <콘크리트 구조물>
상세평가
터 널 평 가
• 대 상 (26.85%)
: 터널 40/149개소
(핵심 5, 중요 35)
 터널 주변의
토질특성을 고려한
선형해석모델 개발
 선형시간이력해석 or
응답스펙트럼해석
내진 A, B등급 선정 ▶상세평가 대상 결정
터널 내진상세평가
터널주변 토질 조사 및
특성 파악
선형 모델 개발
선형시간이력해석 or
다중모드
응답스펙트럼 해석
취약부 평가
▪ 면벽구조/▪ 갱구부
내진보강 여부 결정
3. 철도시설물의 내진 성능 평가 현황 <콘크리트 구조물>
상세평가
내진 A, B등급 선정 ▶상세평가 대상 결정
시 추 조 사
액상화 평가
액상화 예비평가
액상화평가 필요?
액상화 간이평가
안전율 < 1.5
액상화 상세평가
안전율 < 1.0
액상화 안전
액상화 대책 공 필요
4. 내진 보강 현황
조적식 구조물의 내진보강 현황
구 분
계
노선이설
및 철거
보강 실적
(’05까지)
보강 계획
(’06이후)
교
량
118
40
20
58
터
널
44
6
22
16
4. 내진 보강 현황 <보강공법>
방법
보수 보강
공법 선정
종류
조적식 교각을 일체화
에폭시 계열의 콘크리트사용으로 고강도
시공후 유지보수 필요없음
자중 증가로 기초에 하중부담 증가
기초콘크리트가 없는경우 기초콘크리트 시공후
보강
철판압착 보강
일체형으로 보강효과가 크지만, 조적식 교각에 앵커 설치 곤란
현장 용접으로 품질관리 필요
정기적인 도장 필요
조적식 교각에 사용곤란
시공 속도 빠르고, 인장 강도가 우수
조적식 교각에 확실한 부착 곤란
내구성 유지를 위해 도장 필요
내화성에 대한 검토 필요
조적식 교각에 사용 곤란
시공경험 풍부, 연단거리 확보
교각 손상 발생 - 앵커
공기과다 - 양생기간, 앵커천공
폐선계획 없을 경우
연단거리 확보와 동시 고려시 적용
가설벤트 설치
시공경험 풍부, 공해발생 없음
지지력 확보 필요, 교통통제 발생
공사비 및 공기과다
조립식 브라켓 설치가 불가능한 경우
교각 손상 방지
조립식 브라켓
설치
교각 손상 방지, 공해 민원 발생 방지
공사비, 공기 감소, 하천등에서 시공가능
교통 통제 극복, 하부 기초 불필요
시공 기술력 필요
일반적으로 적용
면 받침
형하공간 확보 곤란으로 유지관리 부적절
지진작용시 수평력 제어 불가능
조적식 교각 특성상 형하 공간 확보 곤란
다른 받침으로 대체 곤란
내진력을 확보할 수 있도록 개량하여 사용
선 받침
유지 보수 곤란
주철제품으로 보수시 주문 제작
형하공간 15cm~25cm확보로 보수보강 가능
다른 받침으로 대체가능
내진력을 확보할 수 있도록 개량하여 사용
받침 높이가 낮아 교체 용이
별도의 시설없이 내진력 제어
선 받침 대신 교체 가능
코핑부
단면 확대
받침 종류
적용
철근 콘크리트
보강
탄소 섬유
SHEET 보강
교좌받침보수
보강 및 교체
공법
장단점
포트 받침
4. 내진 보강 <교각 보강 예제>
철도 시설물의 안전성 향상
콘크리트구조
내진성능
상세평가
콘크리트구조
내진성능
예비평가
조적식 구조
내진성능평가
’06~’07년말
’05년말
’04년말
열차 안전 운행 확보
내진취약부
보강 완료
’07년 이후
“감 사 합 니 다”